MIMO無線通信信道估計與自適應傳輸理論方法研究.pdf

1、新一代寬帶移動通信系統(tǒng)對系統(tǒng)容量、頻譜效率、以及傳輸可靠性都提出了更高的要求,在無線資源日趨緊張的情況下,需要采用多天線發(fā)送和多天線接收的MIMO無線傳輸技術,以提高頻譜利用率、功率效率、及傳輸可靠性。在過去的十多年中,MIMO技術得到了廣泛的研究與應用,目前己成為移動通信新標準中的核心技術。本論文開展MIMO無線通信系統(tǒng)信道估計與自適應傳輸理論方法研究。
　　 首先,研究了時隙基單載波分塊傳輸系統(tǒng)在空、時、頻選擇性MIMO衰落

2、信道下的信道估計理論方法。提出雙循環(huán)時隙結構,應用于單載波分塊傳輸系統(tǒng),研究其最小均方誤差(MMSE)信道估計,發(fā)現(xiàn)時隙基MMSE信道估計的最優(yōu)導頻按特征模式與統(tǒng)計信道狀態(tài)信息相關聯(lián),在發(fā)送端未知發(fā)送天線相關的情況下,最優(yōu)導頻滿足與最優(yōu)最小二乘信道估計情況下相同的正交條件,而且信道估計可分解為初始最小二乘信道估計與空時后處理級聯(lián)結構,對于統(tǒng)計獨立信道,空時處理可簡化為逐徑處理。提出新的導頻序列設計,并利用導頻序列結構特性,顯著降低初始信

3、道估計算法復雜性。提出采用離散余弦變換的空時后處理方法,在逼近最優(yōu)信道估計的同時,顯著降低空時后處理的復雜度。提出基于多項式擬合的無偏噪聲方差估計器,并利用多項式矩陣的特殊結構,降低噪聲方差估計器的實現(xiàn)復雜度。仿真結果證實了所提信道估計理論方法的有效性。
　　 然后,研究了正交頻分復用系統(tǒng)在空、時、頻選擇性MIMO衰落信道下的信道估計理論方法。證明了MMSE信道估計的最優(yōu)導頻為統(tǒng)計預編碼導頻,即導頻應在發(fā)送相關陣特征向量所確定的

4、方向上并行傳輸,并依據(jù)信道相關陣的特征值進行功率分配。提出次優(yōu)導頻功率分配方案,在逼近最優(yōu)功率分配性能的同時,顯著降低其實現(xiàn)復雜度。對于統(tǒng)計獨立信道,提出基于二維離散余弦變換的信道估計方法,可有效克服傳統(tǒng)的基于二維離散傅立葉變換的信道估計方法在系統(tǒng)存在保護帶以及終端高速移動時的平底效應,并能以較低的實現(xiàn)復雜度獲取逼近最優(yōu)二維MMSE信道估計器的性能。
　　 接著,研究了單向中繼通信系統(tǒng)在分布式空頻編碼發(fā)送方案下的信道估計理論方法

5、。針對采用前置導頻的MMSE信道估計,將平坦衰落信道下的導頻方案拓展至頻率選擇性衰落信道,提出新的導頻序列和預編碼矩陣設計,并利用其特殊結構,顯著降低中繼節(jié)點和目標節(jié)點的處理復雜度,對于統(tǒng)計獨立中繼信道,所提導頻方案為最優(yōu)導頻方案。針對采用間歇導頻的MMSE信道估計,將導頻方案設計轉(zhuǎn)換為導頻位置和導頻功率的設計,提出等間隔等功率導頻方案,在逼近最優(yōu)性能的同時,可以顯著降低后續(xù)信道估計的復雜度。仿真結果證實了所提導頻方案的有效性。

6、　　 進一步,研究了雙向無線中繼通信系統(tǒng)中的信道估計理論方法。提出一種新的信道估計策略,即中繼節(jié)點利用信道估計的結果對導頻信號進行功率分配,以提升目標節(jié)點信號檢測或信道估計的能力。分別討論了最大輸出信噪比和最小信道估計誤差準則下的最優(yōu)導頻與最優(yōu)功率分配問題,證明了最優(yōu)導頻為正交序列,并提出逼近最優(yōu)的功率分配方案。仿真結果證實:在目標節(jié)點發(fā)送功率失配或信道條件失配的情況下,所提信道估計方法可有效提高目標節(jié)點的輸出信噪比或信道估計性能。<